Лаборатория Новых Фотометрических Методов

Лаборатория специализируется на создании астрономической аппаратуры для реализации методов фотометрии, спектроскопии, поляриметрии и высокого углового разрешения на наземных телескопах.

Мы проектируем оптику, механику, разрабатываем программное обеспечение для инструментов, исследуем искажающее влияние земной атмосферы на астрономические наблюдения и разрабатываем методы устранения этих эффектов.

В лаборатории проводятся также и собственные астрофизические исследования молодых звезд, звезд на поздних стадиях эволюции, переменных звезд различных типов, а также физики Солнца.

Наземные телескопы все еще поставляют большую часть астрофизической информации. Наземный телескоп при той же стоимости будет иметь значительно большую апертуру, его проще обслуживать и модернизировать. По меньшей мере следующие 30-50 лет наземные наблюдения будут актуальны. Эффективное использование наземных телескопов и, особенно, крупных телескопов, опирается на глубокое понимание факторов земной атмосферы влияющих на наблюдения.

Погода — облачность, ветер, влажность — ограничивают время когда могут выполняться наблюдения. Атмосферный воздух вызывает поглощение, а также вносит доминирующий вклад в фон неба. Неоднородность показателя преломления воздуха — оптическая атмосферная турбулентность — ограничивает угловое разрешение телескопов, вызывает мерцания звезд и дрожание изображений. Комплекс всех этих факторов, называемый астроклиматом, определяет возможности любого инструмента, установленного на наземном телескопе.

В ЛНФМ исследования оптической атмосферной турбулентности проводятся на базе приборов MASS-DIMM, W-DIMM, датчик Шака-Гартмана и domecam. MASS-DIMM (multi-aperture scintillation sensor & differential image motion monitor) входит в состав астроклиматического поста Кавказской Горной Обсерватории. С 2007 года выполняются автоматические измерения оптической турбулентности, прерывавшиеся лишь в 2014-2015 годах. В настоящее время MASS-DIMM обеспечивает наблюдателей 2.5-м телескопа сведениями об ОТ практически в реальном времени — задержка составляет не больше 1 минуты.

Технический прогресс в области быстрых, низкошумящих детекторов стимулирует развитие новых подходов к измерению ОТ. В частности, становится возможной одновременная регистрация  мерцаний и дрожаний с помощью датчика волнового фронта Шака-Гартмана.  Соответствующий инструмент был создан Потаниным С.А. Подкупольная турбулентность, вызываемая конвективными потоками, а также обтеканием телескопа ветром, изучается с помощью прибора domecam.

Педагогическая работа

Д.ф.-м.н. Ламзин С.А.

• Спецкурс: «Строение и эволюция звезд».

Доцент, к.ф.-м.н. Потанин С.А.

• Общий курс: «Практическая астрофизика»,
• Спецкурс: «Астрономическая оптика»,
• Специальный астрономический практикум для 4 курса,
• Летняя практика

Научная работа

Основные темы научных исследований

Астроклимат

Атмосферная оптическая турбулентность вызывает размытие изображений удаленных объектов, регистрируемых на наземных телескопе. Мы разрабатываем и применяем методы измерения интенсивности турбулентности как в свободной атмосфере на луче зрения, так и под куполом телескопа. В ЛНФМ сконструирован прибор MASS-DIMM для измерения профиля турбулентности, экземпляры которого используются на большинстве крупных обсерваторий мира. Нами создан и поддерживается автоматический астроклиматический монитор Кавказской Горной Обсерватории, данные с которого используются для планирования наблюдения на 2.5-м телескопе — основном инструменте обсерватории.

Спекл-интерферометрия и дифференциальная спекл-поляриметрия

Предельное — дифракционное — угловое разрешение крупного телескопа в десятки раз лучше чем размер атмосферного кружка размытия, оно может быть достигнуто посредством пост-обработки большого количества изображений объекта. Мы реализуем метод спекл-интерферометрии на 2.5-м телескопе Кавказской Горной Обсерватории с помощью разработанного нами прибора “спекл-поляриметр”. Разработанный нами метод дифференциальной спекл-поляриметрии открывает новые интересные возможности для исследования пылевых оболочек молодых звезд и звезд на поздних стадиях эволюции с угловым разрешением вплоть до 0.05-0.08”.

Молодые звезды

Изучение процессов магнитосферной аккреции вещества протопланетного диска, а также формирования дискового ветра и джетов у звезд типа Т Тельца и Ae/Be Хербига. Основа – наши спектральные, фотометрические и поляриметрические наблюдения этих объектов на телескопах Кавказской Горной Обсерватории и теоретическая интерпретация полученных результатов.

Тесные двойные системы на поздних стадиях эволюции

В ЛНФМ проводятся исследования катаклизмических переменных методом дифференциальной фотометрии по наблюдениям на 50-см и 60-см телескопах Крымской станции ГАИШ, а также 50-см телескопа Оптической станции ИНАСАН вблизи Кисловодска. Кривые блеска построенных по данным проведенной фотометрии применяются для определения физических параметров систем, их орбитального периода и уточнение классификации. Мы выполняем также поиск фотометрической переменности звезд подкласса SU UMa по наземным наблюдениям и наблюдениям с борта космических миссий (TESS).

Затменные двойные звезды

Наблюдение и исследование затменных двойных звезд, определение параметров компонент и элементов орбиты, а также, эволюционного статуса на основе найденной величины вращения линии апсид, сравнение полученных параметров звезд с теоретическими эволюционными таблицами. Поиск светового уравнения и вычисления параметров и элементов орбиты третьего тела, вызывающего этот эффект. Исследование периодических и квазипериодических изменений блеска звезд в затменных двойных системах.

Физика солнца

Диагностика явлений солнечной активности — вспышек, выбросов, протуберанцев, корональных петель — методами спектроскопии и регистрации изображений в узкополосных фильтрах. Создание солнечных телескопов, исследования астроклиматических условий для наблюдений Солнца. Экспедиционные наблюдения полных солнечных затмений.

Спектроскопия низкого разрешения

В лаборатории разработан и изготовлен спектрограф низкого разрешения «Transient Double-beam Spectrograph» для 2.5-м телескопа Кавказской Горной Обсерватории. С данным спектрографом выполняются исследования молодых звезд, звезд на поздних стадиях эволюции, спектрально-двойных звезд, внегалактических объектов, объектов солнечной системы.

Машинное обучение в астрономии

Автоматизация и роботизация наземных и заатмосферных астрономических наблюдений привела к кратному росту доступных данных за последние десятилетия. Рост данных только усилится с введением в строй новых амбициозных экспериментов по обзору всего неба, таких как обзор телескопа LSST. Увеличение объема данных ставит новые задачи в области информационного поиска в этих данных, так как обзорные телескопы наблюдают все объекты вперемешку. И если древние астрономы могли просто изучить все свои измерения, то в конце XX — начале XXI века потребовалось привлечение серверов управления базами данных для управления формальными запросами извлечения наблюдений по определенным критериям. Сейчас оказывается, что информационные запросы составленные в терминах формальных критериев теряют свою эффективность, а на смену им приходят задачи, решаемые методами машинного обучения: поиск астрофизических объектов аналогичных заданному или поиск наиболее нетипичных объектов среди всех известных.

Наиболее значимые публикаци за последние 5 лет

• Strakhov, I. A.; Safonov, B. S.; Cheryasov, D. V. Speckle Interferometry with CMOS Detector. 2023 Astrophysical Bulletin, Volume 78, Issue 2, pp. 234-258
• Dodin, A. V., Suslina, E. A. Inhomogeneous dust eclipses in young stars: the case of CQ Tauri. 2021 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 503, Issue 4, pp.5704-5714
• Potanin, S. A. et al. Transient Double-Beam Spectrograph for the 2.5-m Telescope of the Caucasus Mountain Observatory of SAI MSU. 2020 Astronomy Letters, Volume 46, Issue 12, p.836-854
• Potanin, S. A. et al. A Facility for the Study of Atmospheric Parameters Based on the Shack–Hartmann Sensor. 2022 Astrophysical Bulletin, Volume 77, Issue 2, pp. 214-221
• Kornilov, Victor; Safonov, Boris; Kornilov, Matwey. Useful relations for the analysis of stellar scintillation at the entrance pupil of a telescope. 2021 Journal of the Optical Society of America A, vol. 38, issue 9, p. 1284
• Dodin, A. V. et al The jet of BP Tau 2024 Astronomy & Astrophysics, Volume 684, id.L25, 5 pp.